基于Web架構的泰妙菌素專用生命周期評價系統開發

任依萍

山東勝利生物工程有限公司，山東 濟寧，272000

0 引言

由于日益嚴重的環境和資源消耗等問題，越來越多的國家意識到綠色制造和可持續發展的重要性，生命周期評價（LCA）技術作為一種用于分析評價產品和服務相關生命周期環境影響的工具，可為產品的綠色制造提供決策依據，緩解企業所面臨的環境與資源問題[1-2]。生命周期評價過程涉及大量的數據，包含了產品生命周期中全部的輸入和輸出，數據的獲取、分析、匯總需要大量時間，通過應用計算機可有效提高LCA的應用效果和效率，推動生命周期評價產品開發和生命周期設計中的應用實踐。山東勝利生物工程有限公司以“綠色制造系統集成項目”建設為依托，對其生產的動物專用抗生素-泰妙菌素進行全生命周期評價，研究開發適用于企業生產實際的泰妙菌素專用生命周期評價軟件，對于推進我國生命周期評價工作以及指導生態產品的設計和開發具有重要的意義。

1 泰妙菌素全生命周期模型構建

將抽象生命周期評價方法轉化為具體的邏輯模型是實現系統開發的重要基礎，目前通用式的LCA系統軟件總體上是按照產品系統的物質流、能流、污染流關系實現生命周期評價模型的建模，該過程對用戶的專業背景知識要求很高，因此，本系統在兼顧普遍適用性的前提下，通過對山東勝利生物工程有限公司泰妙菌素生產全生命周期分析，構建泰妙菌素全生命周期模型，同時建立獨立的模型數據集（支持模型更新），用戶開展生命周期評價時可直接調用模型數據，實現“一鍵建模”，真正將用戶從復雜的建模過程解放出來，提高了系統應用效率。

根據泰妙菌素生命周期評價系統邊界，匯總各單元過程輸入、輸出所涉及的原料投入、能源投入、產品產出、污染排放關系，以物質流（包括中間產品）作為單元過程上下級邏輯關系樞紐，建立泰妙菌素生命周期評價模型，如圖1所示。

圖1 泰妙菌素生命周期評價模型

泰妙菌素生命周期模型共分三級，涉及的物料前景過程數據包括：葡萄糖、黃豆餅粉、復合酵母粉、豆油、玉米漿、液堿、4-甲基-2-戊、碳酸鈉、氮氣、甲醇、對甲苯磺酰氯、二乙氨基己硫醇等；涉及的能源前景過程數據包括：電力、蒸汽、壓縮空氣等。

2 系統體系結構設計

本系統設計過程采用面向對象的編程思想，以“高內聚低耦合”的設計原則，同時根據系統總體設計與需求分析，將系統結構劃分為四個層次：用戶應用層、系統工具層、模型方法層、數據儲存層，不同層次之間結構清晰，具有“低依賴性、高邏輯復用性”，系統結構框架如圖2所示。

圖2 基于WEB 的泰妙菌素專用生命周期評價系統結構

（1）用戶層應用層。采用Web瀏覽器作為用戶界面，與用戶直接關聯，該層以Web網絡功能與數據庫為支撐，按照泰妙菌素全生命周期評價各要素步驟，以標準的生命周期評價向導式流程輔助用戶完成產品的生命周期評價。用戶通過輸入泰妙菌素物質流、能量流、污染流數據完成用戶與評價系統之間的數據交換，最終實現生命周期評價。

（2）系統工具層。該層為用戶應用提供相關的數據接口，主要包括：數據采集管理、產品模型管理、分析評價、報告管理。其中數據采集管理用來實現數據庫管理與數據采集管理（包括數據錄入與自動采集）；產品模型管理基于產品樹狀模型，實現泰妙菌素生命周期建模關聯；分析評價基于產品樹狀模型，實現生命周期清單計算及環境影響定量計算分析；報告管理基于分析評價結果，按照ISO14000系列標準要求標準化自動生成生命周期評價報告。

（3）模型方法層。該層為系統核心業務邏輯層，實現了抽象化的生命周期理論方法的模型邏輯化，同時與各層之間業務邏輯相互關聯，對輸入的實例化對象數據進行處理，最終將計算結果通過系統工具層展示。

（4）數據儲存層。該層是系統實現的數據基礎，主要包括網絡系統、數據庫管理系統等相關軟硬件。該層利用計算機網絡、數據庫技術，實現了數據庫遠程訪問，為泰妙菌素專用生命周期評價系統的實現提供了基礎數據。儲存層采用MySQL數據庫作為后臺服務器。主要包括基礎數據庫、背景數據庫、評價方法數據庫。

3 系統功能模塊設計

系統主要功能模塊包括：數據采集管理模塊、產品模型管理模塊、分析評價模塊、報告管理模塊等，如圖3所示。

圖3 系統主要功能模塊

（1）數據采集管理模塊。數據管理模塊實現生產系統數據采集、前景數據配置的重要操作模塊，用戶可通過手動錄入或在線一鍵獲取（數據來源于EMS、MES系統）評價相關數據。

（2）產品模型管理模塊。產品模型管理模塊是管理產品評價模型的功能總稱，本功能模塊結合產品信息、生產工藝管理兩個模塊提供的信息，對產品的評價模型以及評價相關要素進行匹配管理。并對產品的關聯物料、排放、能源以及評價距離（長度）進行更加具體的約定。

（3）分析評價模塊。評價分析模塊是實現清單分析、影響評價、結果解釋的核心模塊，單耗計算、清單分析計算、特征化計算、歸一化計算。同時該模塊實現生命周期評價結果的圖形化展示。

（4）報告管理模塊。報告管理模塊是應用生命周期評價結果，按照ISO14000系列標準要求標準化自動生成生命周期評價報告的核心模塊，報告可按照不同內容分成不同的選項卡來對信息進行展示。

4 泰妙菌素專用生命周期評價數據庫設計

生命周期評價數據的準確性、完整性是生命周期評價系統的關鍵，泰妙菌素全生命周期數據數量相對龐大，涉及的數據種類繁多，因此建立結構合理、邏輯清晰的數據結構是實現生命周期評價的重要保障[4-10]。基于對生命周期評價模型數據分析，將泰妙菌素生命周期評價數據分為兩大類：公共數據集與評價方法數據集[11-14]。數據庫整體結構及部分參數與生命周期評價各階段關系如圖4所示。

圖4 數據庫結構

公共數據集包括基礎數據集、過程清單數據和過程管理數據，其中過程清單數據包括前景資源、產品、能源、服務等清單數據；過程管理數據包括建模和驗證信息數據、流文檔管理數據；評價方法數據集包含的實體為：LCIA評價方法、LCIA因子、歸一化指標值、歸一化方案值、加權綜合指標值等數據。

泰妙菌素生命周期評價中涉及多項資源、產品及能源的前景數據，應用非本地化數據評價中國產品將帶來評價誤差，因此準確、可靠的生命周期評價前景數據是決定評價成敗的重要因素。為降低前景數據的地域性因素影響，在系統分析泰妙菌素生命周期評價過程中涉及的物質流、能量流數據，對數據的地域性進行歸類，區分國內國外數據，同時對于國內數據進行區域細分，選用當前主流的數據庫系統，如荷蘭的SimaPro、瑞士的EMPA和Ecovient、德國的Gabi以及中國的eBalance數據庫進行數據篩選并獲取數據使用權限，最終按照本系統數據結構完成數據格式映射轉換，得到了泰妙菌素生命周期評價前景數據集，數據集儲存于過程清單數據集中。

5 結語

隨著我國綠色制造理論研究與生態設計實踐的不斷深入，一定程度上對綠色制造支撐技術研究提出新的要求，特別是面向生命周期評價軟件工具的用戶對象，開發建設系統操作簡單、應用效率高、準確可靠的生命周期評價軟件工具是生產企業實施綠色制造的必然選擇，通過系統分析山東勝利生物工程有限公司泰妙菌素生命周期模型，按照生命周期評價標準要求及數據規范要求，完成泰妙菌素專用生命周期評價系統設計與開發。通過本系統的開發與應用，得到以下結論：

（1）系統汲取國內外同類軟件系統優秀的設計理念，面向生產企業實際應用需求，定制化開發完成泰妙菌素專用生命周期評價系統，系統采用向導式評價流程，操作便捷，系統界面友好，對用戶的專業背景要求不高，具有更廣泛的使用群體；

（2）應用生命周期評價原理，對泰妙菌素生命周期進行分析，完成泰妙菌素生命周期模型設計并實現模型的“一鍵式”調用，同時系統與企業信息化系統（EMS、MES）實現互聯互通，用戶可按任意時間實時獲取評價數據，減少了獲取工藝數據過程的巨大工作量，提高了系統應用效率；

（3）充分收集國內外先進生命周期評價數據庫數據，按照ISO14048標準要求，建立了泰妙菌素生命周期評價本地化前景數據集，進一步提高了數據的可靠性與準確性。